La question des météorologues est de savoir quel temps il fera à un endroit et à un instant donnés. Compte tenu du caractère chaotique de l’atmosphère (les équations qui rendent compte de son fonctionnement sont loin d’être linéaires, une variation faible des conditions initiales pouvant modifier considérablement l’évolution à venir), on ne peut pas déterminer le temps qu’il fera de façon fiable au-delà de quelques jours. Dans ces conditions, il n’est pas nécessaire de s’intéresser aux phénomènes à évolution lente pour les prévisions météorologiques : le plus long terme visé actuellement concerne la prévision saisonnière. Le climat peut être défini comme la distribution des conditions météorologiques possibles à une époque éventuellement très éloignée et dans une région donnée. La question n’est plus de savoir quel temps il fera mais quel temps il pourra faire et avec quelle probabilité et quelles évolutions possibles. Les lois qui régissent le fonctionnement de la machine climatique sont les mêmes, mais on ne peut plus ignorer les composantes du système à temps d’ajustement long. C’est la première grande différence entre les modèles météorologiques et les modèles de climat. La puissance limitée des ordinateurs est la cause d’une deuxième différence : les modèles météorologiques qui ne considèrent qu’un nombre restreint de phénomènes sur une durée de temps assez courte peuvent travailler sur un grand nombre de points d’espace avec des pas de temps courts. À l’inverse, les modèles de climat doivent inclure tous les phénomènes et calculer sur des périodes longues ; ainsi, même avec les configurations informatiques les plus puissantes (Earth simulator au Japon), ils sont contraints de calculer avec des pas de temps plus longs et des résolutions dégradées (typiquement 100 km) par rapport aux modèles météorologiques. De façon plus conceptuelle, le mode de fonctionnement des modèles diffère également : le modèle météorologique part des observations et va calculer l’évolution à court terme de la situation météorologique par rapport à ces observations. Le caractère chaotique du climat fait qu’au-delà d’un certain nombre de pas de temps, le modèle perd la mémoire des conditions initiales. Il ne peut pas décrire le monde réel au jour le jour, mais une représentation statistiquement représentative du monde réel quand il est soumis aux conditions imposées au modèle (ensoleillement, composition atmosphérique…). C’est le mode de fonctionnement des modèles climatologiques.
“ Une variation faible des conditions atmosphériques initiales peut modifier l’évolution à venir. ”
Fragmentations de temps, de l’ordre de l’heure, de la semaine, de l’année…
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QUESTIONS DE HIÉRARCHIE
Pour le climatologue, les modèles ont typiquement deux classes d’utilisations bien différenciées, avec des degrés de complexité variés, qui amènent à construire toute une hiérarchie de modèles : • ils servent d’abord à tester les hypothèses sur les mécanismes en jeu dans des phénomènes climatiques tels que les variations brusques découvertes grâce aux forages dans la calotte glaciaire du Groenland et aux prélèvements de sédiments marins dans l’Atlantique Nord. On voudra donc simuler les processus dynamiques de variation du climat et les effets de seuil. On comprend aisément qu’un modèle complexe à temps de calcul très long ne pourra pas servir pour ce type d’étude. Il faudra faire appel à des modèles simplifiés, mais adaptés à la détermination de l’impact de processus particuliers sur le climat. • Les modèles tridimensionnels de circulation générale servent pour des simulations de longue durée destinées soit à tester leur capacité à reproduire un état du climat très différent de l’actuel, soit à prévoir ce que pourra être le climat dans un environnement perturbé.
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